Има няколко въпроса, които ни държат будни през нощта и те се отнасят до крайната съдба на целия космос. Звездите светят, те се заменят с нови, те също изгарят и всичко се повтаря, докато във Вселената не изтече гориво. Галактиките ще се слеят и изхвърлят материя, а пространството между групите и групите галактики ще се разшири завинаги. Тъмната енергия причинява това разширение не само неумолимо, но и ускорява. Но това ще е краят? Може ли тази "голяма пропаст" (когато всичко свърши на безкрайно отдалечено разстояние един от друг) да доведе до нов "голям взрив"? Когато Вселената се разширява достатъчно бързо, за да разкъса атомите и да отдели кварките от тях … Ще се образува ли кварк-глюонна супа?
На риск е съдбата на Вселената, каквото и да каже някой.
Какво има в крайна сметка за Вселената?
Ако погледнете далечна, произволна галактика във Вселената, шансовете са големи, че ще видите, че нейното сияние е по-червено от това на звездите, които светят в нашата галактика. Още през 20-те години на миналия век учените откриват, че този модел се запазва като цяло: колкото по-далече е галактиката от вас, толкова по-червена е нейната светлина. В контекста на общата относителност бързо стана ясно, че това се дължи на разширяването на самата тъкан на пространството във времето.
Следващата стъпка беше да се определи колко бързо се разширява Вселената и как тази скорост се променя с течение на времето. Причината, която беше важна от теоретична гледна точка, е, че историята на разширяването на Вселената определя какво е в нея. Ако искате да знаете от какво е изградена вашата Вселена, в най-големите й мащаби измерването на това как Вселената се е разширила през космическото време ще ви помогне.
Ако вашата Вселена е изпълнена с материя, бихте очаквали скоростта на разширяване да намалее пропорционално на това колко материя е разредена. Ако се напълни с радиация, скоростта на разширение ще спадне още повече, тъй като самото излъчване се измества отново и губи допълнителна енергия. Вселена с пространствена кривина, космически струни или енергия, присъща на самото пространство, все още ще се развива по различен начин, в зависимост от съотношенията на всички енергийни компоненти.
Промоционално видео:
Въз основа на пълния набор от измервания, които успяхме да направим, включително променливи звезди, галактики от различни видове и свойства и свръхнови тип Ia, както и космическия микровълнов фон и групирането и корелацията на галактики, успяхме да определим точно от какво се състои Вселената. По-специално, той се състои от:
- 68% от тъмната енергия;
- 27% тъмна материя;
- 4,9% от обикновената материя;
- 0,09% неутрино;
- 0,01% радиация.
Плюс или минус корекция от няколко десети от процента във всеки случай.
Нашата Вселена, която е доминирана от тъмната енергия, е особено интересна, защото този компонент не е съществувал във Вселената, да не говорим за нейното преобладаване. И все пак, ние сме тук, 13,8 милиарда години след Големия взрив, живеем във вселена, в която тъмната енергия задвижва разширяването на Вселената.
Има толкова много въпроси около тъмната енергия. Каква е неговата природа? От къде идва? Постоянен ли е или се променя с времето? Няма окончателни отговори, но всичко показва, че тъмната енергия е космологична константа. С други думи, тя се държи като нова форма на енергия, присъща на самото пространство. Докато Вселената се разширява, тя създава ново пространство, което съдържа същото равномерно количество тъмна енергия.
Както и да е, това е най-добрият ни изглед досега. От теоретична гледна точка има няколко известни начина за създаване на космологичната константа и затова това обяснение - стига данните да са съгласни с нея - ще остане предпочитаното. Но няма причина тъмната енергия да не е по-сложна.
Тя може да бъде нещо, което ерозира с времето, става все по-малко и по-малко плътно, макар и малко. Това може да е нещо, което променя знака в далечното бъдеще и води до пресъздаването на Вселената в Голямото изцеждане. Това също може да бъде нещо, което с времето се засилва, ускорява и разширява Вселената с времето. Именно тази разновидност води до сценария на Големия рип.
Когато говорим за всеки компонент на енергия във Вселената, говорим за нейното уравнение на състоянието, което описва как тя се развива във времето във Вселената. Астрофизиците използват параметъра w за това, където w = 0 съответства на материята, w = 1/3 съответства на радиация, w = -1 съответства на космологичната константа.
Тъмната енергия изглежда има w = -1, но това не е точно. Например, нова работа от сътрудничеството на Subaru Hyper Suprime-Cam добави нови ограничения към уравнението на състоянието на тъмната енергия. Докато тъмната енергия съвпада w = -1 доста убедително, има и спекулации, че тя може да бъде още по-отрицателна. Ако наистина е така - ако се окаже, че w <-1 и не е равно на -1 - тогава Големият разрив е неизбежен.
Ако Големият разрив е неизбежен, не само разширяващата се Вселена, но и далечни обекти ще се ускоряват от нас по-бързо и по-бързо с времето (поради тъмната енергия). Но обектите, които се държат заедно от някаква основна сила, в крайна сметка ще бъдат разкъсани от нарастващата сила на тъмната енергия.
След много милиарди години нашата местна група ще види как звездите в покрайнините ще бъдат хвърлени в космоса, тъй като те ще бъдат отвързани гравитационно от бъдещата ни далечна галактика: Milkomed. С течение на времето, все повече звезди ще бъдат изхвърлени навън, докато структурите, които познаваме като галактики, се разпадат и се превърнат в колекция от милиарди несвързани звезди и звездни трупове.
С течение на времето планетите ще се изхвърлят от слънчевите им системи, тъй като тъмната енергия ще се засилва и тогава дори самите планети ще бъдат разкъсани. В последните моменти обектите, държани от атомни и молекулярни сили, ще бъдат разкъсани, електроните ще бъдат разкъсани от техните атоми, атомните ядра ще се разпаднат и дори самите кварки ще бъдат разделени. И тогава ще се спукат.
Чакаме ли нов Голям взрив?
Ако Големият разрив е правилен модел за развитието на Вселената, всичко във Вселената ще бъде сведено до най-фундаменталните компоненти, по някакъв начин силно съответстващи на първите етапи на Големия взрив.
Тази кварк-глюонна плазма обаче ще бъде различна от тази, която беше по време на Големия взрив. Първо, Големият взрив е горещ и плътен, а Големият разрив ще бъде изключително студен и дифузен. Второ, Големият взрив се характеризира с това, че цялата материя и енергия във Вселената се компресират в малък обем пространство, но в Големия разрив те ще се разпръснат през трилиони светлинни години. В допълнение Големият взрив представлява състояние на сравнително ниска ентропия, но в Големия взрив ентропията ще бъде 10 (до силата на 35) пъти повече, отколкото в Големия взрив.
Но има надежда.
Може би тъмната енергия, която ще доведе до Големия разрив, може да рестартира Вселената. Ако силата на тъмната енергия се увеличи, тази тъмна енергия е присъща на самата тъкан на космоса, което означава, че може да бъде напълно аналогична на ранния период в историята на нашата Вселена, когато пространството се разширяваше с огромна скорост: космическа инфлация. Инфлацията елиминира цялата съществуваща материя и енергия във Вселената, оставяйки след себе си само тъканта на пространството. След период на инфлация енергията по някакъв начин се превръща в частици, античастици и радиация, което води до Големия взрив. Този сценарий е бил разглеждан и преди и е известен като подмладена вселена.
Ако Големият разрив е истинският сценарий за края на Вселената, той просто ще разкъса цялата материя и Вселената ще бъде много празна, но с огромно количество енергия, присъща на самото пространство. Ако енергията е много голяма, възможно е самата тъкан на космоса да се спука - но това е съвсем различен сценарий.
Иля Кел